CN117642917A - 电池模块及包括该电池模块的电池组 - Google Patents

电池模块及包括该电池模块的电池组 Download PDF

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Abstract

根据本发明的实施方式的一种电池模块包括：电池电芯堆，在所述电池电芯堆中多个电池电芯沿一个方向堆叠；以及模块框架，所述模块框架容纳所述电池电芯堆并且具有内表面和外表面，其中所述模块框架的一个表面中形成有穿透所述内表面和所述外表面的至少一个排气部，并且包括阻隔层和耐火层的覆盖层定位在所述模块框架的形成有所述排气部的所述一个表面与所述电池电芯堆之间。

Description

电池模块及包括该电池模块的电池组
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求2021年7月7日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2021-0089269的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文中。
本发明涉及一种电池模块和包括该电池模块的电池组，更具体地涉及一种具有增强安全性的电池模块和包括该电池模块的电池组。
背景技术
随着技术发展和对移动装置需求的增加，对作为能源的可再充电电池的需求迅速增加。因此，已经对可以满足各种需求的二次电池进行了许多研究。
可再充电电池作为用于诸如电动自行车、电动车辆和混合电动车辆之类的动力装置以及诸如移动电话、数码相机和笔记本计算机之类的移动装置的能源而备受关注。
近来，随着对大容量可再充电电池结构(包括使用可再充电电池作为能量存储源)需求的增加，对具有多模块结构的电池组的需求正在增加，在多模块结构的电池组中，多个可再充电电池是串联组装/并联联接的电池模块。电池组主要由电池模块构成，电池模块包括至少一个电池电芯，通过使用至少一个电池模块并添加其它组成元件来组成电池组。由于构成电池模块的电池电芯由可充放电的可再充电电池组成，因此这样的高功率/大容量可再充电电池在充放电过程中产生大量的热。
图1是常规电池模块的分解立体图。图2是示出在常规电池模块的内部起火期间热失控现象扩散的视图。
参考图1和图2，常规的电池模块10包括：其中堆叠有多个电池电芯11的电池电芯堆12；接纳电池电芯堆12的框架20；以及形成在电池电芯堆12的前表面和后表面上的端板40。
通过组合框架20和端板40，电池电芯堆12可以定位在密闭的结构中。此时，框架20可以具有如图1的截面A-A的空的内部空间，并且电池电芯11可以沿一个方向堆叠并定位在框架20的空的内部空间中(如图2中所示)。
另一方面，由于多个电池电芯11密集地位于一个空间中而不在框架20中彼此隔离，因此即使由于过充电等仅在存在于框架20中的多个电池电芯11中的一个电池电芯中发生热失控现象，热失控现象也会快速地传递到其它相邻的电池电芯11。
此外，由于电池组中的多个电池模块10设置成使得至少两个端板40彼此面对，因此当向电池模块10的外部排出电池模块10中产生的热、气体或火焰时，可能影响其它相邻电池模块10中的多个电池电芯11的性能和稳定性。
因此，有必要通过在电池模块10的内部起火期间有效地延迟热传播速度并允许产生的热、气体或火焰快速地排出到电池模块10的外部来开发具有改进的耐久性和安全性的电池模块10。
发明内容
技术问题
本发明要解决的问题是提供一种电池模块和包括该电池模块的电池组，该电池模块在电池模块中发生起火时防止电池电芯之间的热失控现象传递。
然而，本发明的实施方式所要解决的问题不限于上述问题，而是可以在本发明包括的技术思想的范围内进行各种扩展。
技术方案
根据本发明的实施方式的电池模块包括：电池电芯堆，多个电池电芯沿一个方向堆叠在所述电池电芯堆中；以及模块框架，所述模块框架容纳所述电池电芯堆并且具有内表面和外表面，其中，所述模块框架的一个表面上形成有穿透所述内表面和所述外表面的至少一个排气部，并且包括阻隔层和耐火层的覆盖层定位在所述模块框架的形成有所述排气部的所述一个表面与所述电池电芯堆之间。
所述排气部可以形成在所述模块框架的上表面上。
所述阻隔层可以定位在所述耐火层下方。
所述耐火层可以包括至少一个子排气部。
所述阻隔层可以覆盖所述子排气部的孔。
所述阻隔层可以包括从所述阻隔层的一个表面部分地突出的突出部，所述突出部可以插入所述子排气部中。
所述排气部和所述子排气部的至少一部分可以在所述电池模块的长度方向上交叠。
所述排气部和所述子排气部的至少一部分可以在所述电池模块的宽度方向上交叠。
所述子排气部或所述排气部的所述孔可以与所述模块框架的所述一个表面形成锐角。
所述耐火层可以包括第一耐火层和第二耐火层，并且所述第一耐火层比所述第二耐火层可以更靠近所述阻隔层定位。
所述第一耐火层可以包括至少一个第一子排气部，并且所述第二耐火层可以包括至少一个第二子排气部。
所述第一子排气部和所述第二子排气部的至少一部分可以在所述电池模块的长度方向上交叠。
所述第一子排气部和所述第二子排气部的至少一部分可以在所述电池模块的宽度方向上交叠。
所述阻隔层可以包括熔点为约300℃或更低的材料。
所述阻隔层可以包括选自无机碳酸盐、无机磷酸盐和无机硫酸盐构成的组中的至少一种灭火剂。
所述耐火层可以包括铝、SUS(不锈钢)或包覆金属。
根据本发明的另一实施方式的一种电池组包括上述电池模块。
有益效果
根据实施方式，当电池模块中发生起火现象时，可以通过将气体等经由模块框架中的孔快速排出到电池模块外部来防止电池模块内部的连续热失控现象。
本发明的效果不限于上述效果，本领域技术人员根据下面的描述将清楚地理解其它未提及的效果。
附图说明
图1是常规电池模块的分解立体图。
图2是示出在常规电池模块的内部起火期间热失控现象的传递的视图。
图3是示出根据本发明的实施方式的电池模块的立体图。
图4是根据图3的电池模块的分解立体图。
图5是包括在图3的电池模块中的电池电芯的立体图。
图6是沿图3的切割线B-B剖切的剖视图。
图7是沿图3的切割线C-C剖切的剖视图。
图8是示出根据图3的电池模块的内部起火的视图。
具体实施方式
下面将参考附图更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的实施方式。如本领域技术人员将认识到的，可以以各种不同的方式对所描述的实施方式进行变型，所有这些变型都不脱离本发明的精神或范围。
为了阐明本发明，将省略与本描述无关的部分，并且在整个说明书中相同的元件或等同物由相同的附图标记表示。
另外，由于为了便于说明，附图中所示的每个部件的尺寸和厚度被任意地放大或缩小，因此显而易见的是，本发明的内容不限于所示。在下面的附图中，每个层的厚度均被放大以清楚地表示各个层和区域。此外，在以下附图中，为了便于解释，夸大了一些层和区域的厚度。
应当理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称为在另一元件“上”时，所述元件可以直接在另一元件上，或者也可以存在中间元件。相比之下，应当理解，当元件被称为“直接在另一元件上”时，不存在中间元件。此外，在本说明书中，表述“在……上”或“在……上方”是指位于对象部分上或下面，并不一定是指基于重力方向位于对象部分的上侧。另一方面，当解释某物在另一部分“上”或“上方”，解释在另一部分“下方”或“下面”也可以参考以上描述来理解。
另外，由于具体构件的上表面/下表面可以根据参考方向而不同地确定，因此在整个说明书中，“上表面”或“下表面”是指在构件的z轴上彼此面对的两个表面。
此外，除非明确相反地描述，否则词语“包括”及其变体将被理解为暗示包括所陈述的元件，但不排除任何其它元件。
此外，在说明书中，短语“在平面上”是指当从上方观察对象部分时，并且短语“在剖面上”是指当从侧面观察通过竖直切割对象部分而剖切的剖面时。
下文中，描述根据本发明的实施方式的电池模块。
图3是示出根据本发明的实施方式的电池模块的立体图。图4是根据图3的电池模块的分解立体图。图5是包括在图3的电池模块中的电池电芯的立体图。
参考图3和图4，根据本发明的实施方式的电池模块100可以包括：其中多个电池电芯110沿一个方向堆叠的电池电芯堆120；容纳电池电芯堆120的模块框架200；定位在电池电芯堆120的前表面和/或后表面上的汇流条框架300；覆盖电池电芯堆120的前表面和/或后表面的端板400；以及安装在汇流条框架300上的汇流条510和520。
参考图5，电池电芯110可以提供为袋型，其中每单位面积的堆叠数量可以最大化。可以通过将包括正极、负极和隔膜的电极组件容纳在层压片材制成的电芯壳体114中，然后热密封电芯壳体114的密封部来制造提供为袋型的电池电芯110。然而，电池电芯110不一定必须提供为袋型，并且在实现将来要安装的装置所需的存储容量的水平下，可以提供为方形、圆柱形或其它各种形式。
电池电芯110可以包括两个电极引线111和112。电极引线111和112可以分别具有从电芯主体113的一端突出的结构。具体地，每个电极引线111和112的一端通过定位在电芯壳体114内部而电连接到电极组件的正极或负极，并且每个电极引线111和112的另一端定位在电芯壳体114的外部并在电芯壳体114的外部延伸以电连接到单独的构件，例如汇流条510和520。另一方面，图4示出了电池电芯110的正极引线和负极引线沿相反方向突出，但情况并非必定如此，并且电池电芯110的电极引线可以沿同一方向突出。
电芯壳体114中的电极组件可以由密封部114sa、114sb和114sc密封。电芯壳体114的密封部114sa、114sb和114sc可以定位在两端114a和114b以及连接两端114a和114b的一侧114c上。
电芯壳体114通常由树脂层/金属薄膜层/树脂层的层压结构组成。例如，当电芯壳体表面由O(取向的)-尼龙层制成时，当多个电池电芯110堆叠以形成中型或大型电池模块100时，由于外部冲击而容易滑动。因此，为了防止这种情况并维持电池电芯110的稳定堆叠结构，可以通过将诸如粘性粘合剂(诸如双面胶带)之类的粘合构件或在粘合期间通过化学反应结合的化学粘合剂附接到电芯壳体114的表面来形成电池电芯堆120。
连接部分115可以是指这样的区域，该区域从电芯壳体114的不存在上述密封部114sa、114sb和114sc的一端沿长度方向延伸。连接部分115的端部处可以形成有电池电芯110的称为蝠耳的突出部110p。另外，梯台部116可以是指电极引线111和112之间的区域，其局部地突出到电芯壳体114外部并且基于电芯壳体114的边缘定位在电芯壳体114内部的电芯主体113的外部。
电池电芯堆120可以是沿一个方向电连接并堆叠的多个电池电芯110。多个电池电芯110堆叠的方向(下文中称为“堆叠方向”)可以是y轴方向(或-y轴方向)，并且轴线方向可以解释为包括下面的所有+/-方向。
同时，当电池电芯110沿一个方向设置时，电池电芯110的电极引线可以定位在电池电芯堆120的一个表面上，或者定位在电池电芯堆120的一个表面以及面向电池电芯堆120的一个表面的另一个表面上。这样，电极引线111和112在电池电芯堆120中定位的表面可以称为电池电芯堆120的前表面或后表面，从电池电芯堆120的前表面到后表面的方向，或者相反方向可以限定为电池电芯堆120的长度方向，并且可以是x轴方向。电池电芯堆120的长度方向可以与电池电芯110的长度方向基本相同。
此外，最外部的电池电芯110在电池电芯堆120中定位的表面可以称为电池电芯堆120的侧表面，并且电池电芯堆120的侧表面可以被描述为在y轴上彼此面对的两个表面。
模块框架200可以保护电池电芯堆120和与该电池电芯堆120连接的电气设备免受外部物理冲击。模块框架200可以将电池电芯堆120和与该电池电芯堆120连接的电子装置容纳在模块框架200的内部空间中。这里，模块框架200包括内表面和外表面，并且模块框架200的内部空间可以由内表面限定。
模块框架200的结构可以变更。例如，模块框架200的结构可以是单框架的结构。这里，单框架可以呈金属板的形式，其中上表面、下表面和两个侧表面是一体的。可以通过挤出成型来制造单框架。作为另一实施例，模块框架200的结构可以是U形框架和上板(上表面)组合的结构。在U形框架和上板组合的结构的情况下，可以通过将上板与U形框架的上侧组合而形成模块框架200的结构，U形框架是具有组合或一体的下表面和两个侧表面的金属板，并且每个框架或板均可以通过挤压成型来制造。另外，模块框架200的结构除了单框架或U形框架之外还可以设置成L形框架的形式，或者可以设置成上述实施例中未描述的各种结构。
模块框架200的结构可以设置成沿电池电芯堆120的长度方向的开放形式。电池电芯堆120的前表面和后表面可以不被模块框架200覆盖。电池电芯堆120的前表面和后表面可以由稍后将描述的汇流条框架300或端板400覆盖，由此可以保护电池电芯堆120的前表面和后表面免受外部物理冲击。
可以基于上述电池电芯堆120的内容来描述模块框架200的顶/底表面、前/后表面和两个侧表面。具体地，模块框架200的顶/底表面可以解释为在z轴上彼此面对的两个表面，模块框架200的前/后表面可以解释为在x轴上彼此面对的两个表面，并且模块框架200的两个侧表面可以解释为在y轴上彼此面对的两个表面。这里，从前到后或从后到前的方向可以是模块框架200的长度方向。
同时，尽管未示出，但是压缩垫可以定位在电池电芯堆120和模块框架200的内表面之间。此时，压缩垫可以定位在电池电芯堆120的侧面和模块框架200的侧面之间，并且可以表面面对电池电芯堆120两端处的两个电池电芯110中的至少一者。
此外，电池电芯堆120和模块框架200的内表面之间可以注入导热树脂，并且可以借助注入的导热树脂在电池电芯堆120和模块框架200的内表面之间形成导热树脂层(未示出)。此时，导热树脂层可以形成在电池电芯堆120的下表面和模块框架200的下表面(或底表面，其可以被称为底部分)之间。
汇流条框架300可以定位在电池电芯堆120的一个表面上，以覆盖电池电芯堆120的一个表面同时引导电池电芯堆120与外部装置之间的连接。汇流条框架300可以定位在电池电芯堆120的前表面或后表面上。汇流条框架300可以配备有汇流条510和520以及模块连接器中的至少一者。汇流条框架300的一个表面可以连接到电池电芯堆120的前表面或后表面，并且汇流条框架300的另一个表面可以连接到汇流条510和520。可以存在两个汇流条框架300，并且它们可以分别定位在电池电芯堆120的前表面和后表面上。
汇流条框架300可以包括电绝缘材料。汇流条框架300可以限制汇流条510和520接触电池电芯110的除了接合到电极引线111和112的部分之外的部分，并且可以防止发生电短路。
端板400可以密闭模块框架200的开放表面，以保护电池电芯堆120和与电池电芯堆120连接的电气设备免受外部物理冲击。为此，端板400可以由具有预定强度的材料制成。例如，端板400可以包括诸如铝之类的金属。
端板400可以与模块框架200组合(结合、密封或密闭)，同时覆盖定位在电池电芯堆120的一个表面上的汇流条框架300或汇流条510和520。端板400的每个边缘均可以通过诸如焊接之类的方法与模块框架200的对应边缘接合。此外，用于电绝缘的绝缘盖700可以定位在端板400和汇流条框架300之间。绝缘盖700可以定位在端板400的内表面上，并且可以紧密地附接到端板400的内表面，但情况并非必定如此。
可以提供两个端板400，并且这两个端板400可以包括定位在电池电芯堆120的前表面上的第一端板和定位在电池电芯堆120的后表面上的第二端板。
汇流条510和520可以安装在汇流条框架300的一个表面上，并且可以用于电连接电池电芯堆120或电池电芯110以及外部装置电路。通过将汇流条510和520定位在电池电芯堆120或汇流条框架300与端板400之间，可以保护电池电芯堆120或汇流条框架300与端板400免受外部冲击，并且可以将由于外部水分引起的耐久性劣化降到最低程度。
汇流条510和520可以借助电池电芯110的电极引线111和112电连接到电池电芯堆120。具体地，电池电芯110的电极引线111和112可以在穿过形成在汇流条框架300中的狭缝之后弯曲以连接到汇流条510和520。构成电池电芯堆120的电池电芯110可以借助汇流条510和520串联或并联联接。
同时，汇流条510和520可以包括用于在电池模块100之间形成电连接的端子汇流条520。端子汇流条520的至少一部分可以暴露于端板400的外部以便连接到外部电池模块100，并且端板400可以为此目的而设置有端子汇流条开口400H。端子汇流条可以借助经由端子汇流条开口400H暴露的突出部连接到另一电池模块100或BDU(电池断开单元)，并且可以与它们形成高压(HV)连接。
尽管未示出，但是电池模块100可以包括用于检测和控制诸如电池电芯110的过电压、过电流和过热之类的现象的感测构件。感测构件用于LV(低电压)连接，其中LV连接可以是指用于感测和控制电池电芯的电压的感测连接。电池电芯110的电压信息和温度信息可以借助感测构件传输到外部BMS(电池管理系统)。
感测构件可以包括：检测电池模块内部的温度的温度传感器；感测汇流条510和520的电压值的感测端子；将收集的数据传输到外部控制装置并从外部控制装置接收信号的模块连接器；以及/或者用于连接温度传感器、感测端子以及模块连接器的连接构件。
这里，连接构件可以以沿着长度方向延伸的形式设置在电池电芯堆120的上表面上，并且可以是柔性印刷电路板(FPCB)或柔性扁平电缆(FFC)。
此外，这里，模块连接器可以安装在上述汇流条框架300上，并且模块连接器的至少一部分可以借助形成在端板400上的模块连接器开口暴露于外部。
同时，如上所述，在电池电芯110以高密度堆叠的电池模块100内部可能发生起火现象。如果一个电池模块100中发生起火，则电池模块100的热、气体或火焰可能传递到相邻的电池模块100，从而可能在电池模块100之间发生连续起火，因此存在电池模块100或包括电池模块100的电池组的耐久性和稳定性劣化的问题。
因此，在下文中，描述了可以通过解决上述起火现象来提高电池模块100的耐久性和稳定性的覆盖层800和排气部900。
再次参考图3和图4，根据本发明的实施方式的模块框架200可以包括排气部900，排气部900穿透模块框架200的内表面和外表面。排气部900可以具有与形成在模块框架200的内表面上的入口900a和形成在模块框架200的外表面上的出口900b连通的孔形状。排气部900可以用于与由模块框架200和端板400等密闭的电池模块100的内部以及电池模块100的外部连通。
排气部900可以用于将电池模块100内部起火时产生的热、气体或火焰排出到电池模块100的外部。排气部900可以通过缓解模块框架200的内部起火并最小化压力或温度的上升来防止连续热失控现象。具体地，当模块框架200内部发生起火时，由于电池电芯110的起火产生的热、气体、火花、火焰等经由排气部900排出到电池模块100的外部，使得内部火灾被快速抑制并且起火现象可以更少。此外，当热、气体等经由排气部900排出时，可以防止电池模块100内部的压力或温度过度升高，并且还可以延迟热失控在内部空间中传递的速度。
排气部900可以形成在模块框架200的至少一个表面上。排气部900可以形成在模块框架200的上表面上。排气部900可以形成在沿电池电芯堆120的堆叠方向或长度方向从模块框架200延伸的表面上。
可以使用形成在模块框架200的上表面上的至少一个排气部900。形成在模块框架200中的排气部900的数量越多，模块框架200的起火现象就可以被缓解得越快。当排气部900为多个时，可以通过形成沿一个方向布置的行和沿与所述一个方向垂直的方向布置的列来设置排气部900。此时，排气部900可以形成在模块框架200的一个表面的整个表面上(如在上述附图中那样)，但是并不总是这种情况，并且可以形成在模块框架200的一个表面的一部分上。
排气部900的入口220a和出口220b的形状可以是具有曲率的倒圆形状(如上述附图中那样)，但情况并非必定如此，并且排气部900的入口220a和出口220b可以设置为圆形、椭圆形或具有顶点的多边形。此外，由于经由排气部900排出的热、气体或火焰优选更快速地扩散到电池模块100的外部，因此出口220b的尺寸可以大于入口220a的尺寸。
同时，从排气部900的入口220a到出口220b的方向可以是电池模块100内部的气体向外部排出的排出方向。在以上附图中，从排气部900的入口220a到出口220b的方向被示出为垂直于模块框架200的形成有排气部900的一个表面，但情况并非必定如此，并且可以通过改变排气部900的入口220a和出口220b的位置来形成孔结构，使得排出方向与模块框架200的一个表面形成锐角。这样，由于排气部900的孔具有倾斜结构，因此电池模块100的内部的暴露被最小化，并且可以防止漂浮在空气中的异物由于重力进入电池模块100。
当通过改变排气部900的入口220a和出口220b的位置使排出方向形成角度(锐角)时，可以切换(调整)从排气部900排出的热、气体或火焰的方向。因此，排出路径的长度可以增加，并且经由排气部900的出口220b排出的气体可以具有较低的温度。此外，当排气部900的排出方向形成在无相邻电池模块100定位的方向上时，可以将相邻电池模块100之间的热传播最小化。
当排气部900为多个时，多个排气部900的排出方向可以彼此相同或不同。当多个排气部900的排出方向形成为彼此不同时，从排气部900排出的气体可以在各个方向上扩散到电池模块100外部的更广阔的空间中。因此，气体可以快速地从电池模块100排出，并且可以实现诸如防止电池模块100发热之类的效果。
另一方面，当用于与内部和外部连通的排气部900如本实施方式中那样设置在模块框架200中时，来自模块框架200外部的灰尘和杂质可能会经由排气部900的孔结构进入模块框架200的内部，或者在内部起火期间沿着排气部900供应外部氧气，从而可以促进热失控现象。而且，由于经由模块框架200的排气部900排出的气体、火花等可能处于非常高的温度和压力状态，因此排出的气体、火花等传递到相邻电池模块100，存在导致相邻电池模块100中发生热失控现象的问题。
因此，在本实施方式的排气部900中，可以提供覆盖层800以在热失控现象发生之前封闭孔，并且在热失控现象发生时打开孔，从而略微降低排放气体的温度和压力。
再次参考图4，根据本发明的实施方式的电池模块100可以包括覆盖排气部900的孔结构的开口的覆盖层800。
这里，“覆盖层”的表述是表达膜的形状以阻挡排气部900的孔，因此事先明确的是，该覆盖层可以通过改变成止挡件、罩、盖、帽或与之类似的其它词语来表达。
覆盖层800可以在形成有排气部900的位置定位在模块框架200下方或者定位在端板400的一个表面上。例如，覆盖层800可以定位在电池电芯堆120的上表面与模块框架200的上表面之间。
覆盖层800可以通过设置成覆盖入口220a而覆盖排气部900的孔。覆盖层800可以设置成覆盖排气部900的孔的板形式。覆盖层800可以设置成用于覆盖排气部900的孔的垫形式。
覆盖层800可以包括多个层。覆盖层800可以包括：阻隔层810，阻隔层810可以由于热或压力而局部断裂；以及耐火层820和830，耐火层820和830由能够承受预定温度或压力的耐火材料制成。这里，阻隔层810可以定位成比耐火层820和830更靠近电池电芯堆120，并且当考虑位置时，阻隔层810可以称为第一层，并且耐火层820和830可以称为第二层。而且，这里，耐火层可以包括两个或更多个层(如图4中所示)，并且为了便于解释，相对靠近阻隔层810定位的层可以称为第一耐火层820，并且远离阻隔层810定位的层可以称为第二耐火层830。另选地，由于其位置，阻隔层810可以称为第一层，第一耐火层820可以称为第二层，并且第二耐火层830可以称为第三层。
同时，多个排气部可以形成在耐火层820和830中。为了区别于形成在模块框架200中的排气部900，形成在耐火层820和830中的排气部可以称为子排气部822和832。每个子排气部822和832可以具有入口和出口，并且入口可以相对地定位在出口下方。形成在耐火层820和830中的子排气部822和832可以引导气体的排出路径，使得电池电芯110中产生的气体、火花等排出到排气部900，而不移动到电池模块100中的其它空间。
耐火层820和830可以由可在一段时间内承受高温和高压环境的材料制成。例如，耐火层820和830可以由铝、不锈钢(SUS)或包覆金属制成。耐火层820和830可以是可在一段时间内承受高温和高压环境的注塑成型品。
阻隔层810定位在耐火层820和830与电池电芯堆120之间，并且防止异物在电池模块100中发生热失控之前注入电池模块100中，并且在热失控现象发生之后被热或压力移除，从而可以打开排气部900以及子排气部822和832。虽然在图4中没有具体示出，但是阻隔层810的上表面可以局部地突出，并且突出部插入形成在第一耐火层820中的第一子排气部822中，从而将流入到电池模块100中的异物最少化。
阻隔层810可以包括被电池模块100的内部温度熔化的材料。阻隔层810可以包括由从电池电芯110排放的热、高温气体或火花熔化的材料。阻隔层810可以由熔点小于或等于预定范围的材料制成。可以用具有300℃或更小熔点的材料提供阻隔层810。作为具体实施例，阻隔层810可以包括具有约200℃或更低熔点的热塑性聚合物树脂。更具体地，阻隔层810可以由具有约100℃以上和200℃以下熔点的材料制成，例如聚乙烯或聚丙烯。
阻隔层810可以包括用于缓解电池模块100内部起火时的起火现象的材料。例如，阻隔层810可以包括灭火剂。如果阻隔层810包括灭火剂，则电池模块100可以具有自熄灭功能。这里，灭火剂可以是粉末型灭火剂材料。当电池模块100起火时，灭火剂可以通过热分解反应产生二氧化碳和水蒸气，并且产生的二氧化碳和水蒸气可以通过防止外部氧气流入电池模块100中来抑制火焰。灭火剂以可通过进行热解反应(其为吸热反应)来吸收电池模块中产生的热，并且还可以通过产生二氧化碳和水蒸气来阻挡外部氧气供应。因此，可以有效地延迟电池模块100内部的火焰和热传播速度，并且可以提高电池模块的安全性。
阻隔层810可以包括选自由无机碳酸盐、无机磷酸盐和无机硫酸盐构成的组中的至少一种灭火剂。灭火剂材料的更具体实施例可以包括碳酸氢钠(NaHCO3)、碳酸氢钾(KHCO3)、磷酸铵(NH4H2PO3)和“碳酸氢钾(KHCO3)和尿素((NH2)2CO)”的混合物。当覆盖层800包括碳酸氢钾(KHCO3)时，可以通过碳酸氢钾的热解反应产生碳酸钾(K2CO3)、水蒸气(H2O)和二氧化碳(CO2)。所产生的水蒸气消除电池模块100内部的火焰，并且所产生的二氧化碳可以阻挡火焰与氧气接触等。然而，本实施方式的灭火剂材料不限于此，只要是发挥灭火功能的材料，就可以无限制地应用。
如上所述，可以用具有上述特性的材料制造并提供阻隔层810，但是阻隔层810也可以提供为包括多种特性的材料或包括每种特性的材料的复合物。
在下文中，更详细地描述通过将覆盖层提供到本实施方式的电池模块而产生的效果。
图6是沿图3的切割线B-B剖切的剖视图。图7是沿图3的切割线C-C剖切的剖视图。图8是示出根据图3的电池模块的内部起火的视图。这里，图6示出了电池模块100的长度方向上的剖面，图7示出了电池模块100的宽度方向上的剖面。
参考图6和图7，形成在模块框架200中的排气部900以及形成在耐火层820和830中的子排气部822和832的至少一部分可以在电池模块100的长度方向(x轴)上交叠。排气部900和子排气部822和832的至少一部分可以在电池模块100的宽度方向(y轴)上交叠。
形成在模块框架200中的排气部900和形成在第二耐火层830中的第二子排气部832的至少一部分或者第二子排气部832和形成在第一耐火层820中的第一子排气部822的至少一部分可以在电池模块100的长度方向(x轴)上交叠。排气部900和第二子排气部832的至少一部分或者第二子排气部832和第一子排气部822的至少一部分可以在宽度方向(y轴)上交叠。
当形成在模块框架200和耐火层820和830中的孔局部地彼此交叠时，可以切换经由孔排出到电池模块100的外部的气体的路径。具体地，由于形成在模块框架200和耐火层820和830中的孔彼此不完全对应(如图6和图7所示的箭头)，因此排出气体的路径可以与z轴形成角度。排出气体的路径可以形成为Z字形。由于模块框架200和耐火层820和830中形成的孔彼此不完全对应，因此与孔彼此对应的情况相比，排出路径可以更长。气体排出路径可以长于电池电芯堆120的上表面与模块框架200之间的最短距离。由于气体的排出路径稍微变长，可以进一步降低排出到电池模块100外部的气体的温度和压力，并且能量可以足够低以不影响相邻的电池模块100。
虽然没有具体示出，但是形成在模块框架200和耐火层820和830中的排气部900和子排气部822和832可以具有倾斜孔的结构。如果每个排气部900和子排气部822和832的孔形成为与模块框架200的一个表面形成锐角，则可以更有效地实施排出路径的上述切换。
参考图8，当在电池模块100内部(具体地，在一些电池电芯110中)发生火焰、气体或火花时，起火现象周围的阻隔层810被热或压力(穿透)物理地撕裂或化学地熔化并被穿透，因此可以打开排气部900和子排气部822和832。电池模块100内部的热、气体或火花可以经由打开的排气部900以及子排气部822和832排出，并且可以缓解电池模块100的起火现象。这里，阻隔层810被穿透(即打开)的过程可以伴随吸热反应，并且电池模块100内部的温度可以由于阻隔层810吸收内部热而略微降低。通过阻隔层810的吸热反应，排放到排气部900外部的热、气体等可以将能量损失到足以不影响相邻电池模块100，并且火花损失能量并转变成颗粒，从而不会促进相邻电池模块100的热失控。
另一方面，在上文中，已经主要描述了即使当由于压力等物理打开阻隔层810时，为了达到阻隔层810的效果，也通过化学反应来打开阻隔层810，因为在移除阻隔层810的过程中降低了气体或火花的动能，排放到电池模块100外部的热、气体等可以损失能量到足以不影响相邻电池模块100，并且火花可能损失能量并变成颗粒，这不会促进相邻电池模块100的热失控现象。
另一方面，由于阻隔层810可以仅在施加预定范围内的热或压力时打开，因此可以仅单独打开位于起火现象周围的阻隔层810。阻隔层810可以防止由于额外的氧气流入而导致对热失控现象的促进，这是因为仅打开多个排气部900以及子排气部822和832的一部分。
具体地，当第一电池电芯110a中发生起火时，与第一电池电芯110a对应的阻隔层810的第一部分810a被打开，使得可以排出第一电池电芯110a中产生的气体、火焰等。此时，阻隔层810的在电池模块100中定位在未发生起火现象的第二电池电芯110b上方的第二部分810b可以不打开，并且与第二部分810b相对应的第一子排气部822可以处于关闭状态。这样，由于维持未发生起火现象的其它部分的阻隔层810的关闭状态，因此可以阻挡外部氧气额外流入电池模块100中，从而可以抑制由于流入的氧气而扩增电池模块100内部产生的火焰。
同时，阻隔层810可以包括从阻隔层810的一个表面局部地突出的突出部812。突出部812可以形成在阻隔层810的上表面上。此时，突出部812的尺寸可以类似于或小于第一子排气部822的尺寸，因此突出部812可以插入形成在第一耐火层820中的第一子排气部822中。突出部812的外部形状可以对应于第一子排气部822的内部形状，借此第一子排气部822的孔可以被突出部812封闭。当阻隔层810的突出部812设置成填充第一耐火层820的第一子排气部822的孔时，阻隔层810中形成突出部812的区域可以具有相当厚的厚度。当突出部812形成在阻隔层810上时，阻隔层810在电池模块100内占据的空间是相同的，但是由于必须打开相当厚的阻隔层810以使电池模块100向外部排放气体，因此阻隔层810的灭火效果可能更大。然而，情况并非必定如此，并且突出部812可以不形成在阻隔层810上并且阻隔层810具有平坦形状。
同时，上述电池模块100可以包括在电池组中。电池组可以具有其中增设根据本实施方式的一个或多个电池模块的结构，并且可以具有其中增设并封装管理电池的温度或电压的电池管理系统(BMS)和冷却装置的结构。
上述电池模块和包括该电池模块的电池组可以应用于各种装置。这种装置可以应用于诸如电动自行车、电动车辆、混合动力车辆之类的交通工具，但本发明不限于此，适用于可使用电池模块的各种装置，这也在本发明的范围内。
虽然已经结合目前认为实用的实施方式描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施方式。相反，旨在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种变型和等效布置。
[附图标记说明]
100：电池模块
110：电池电芯
111、112：电极引线
120：电池电芯堆
200：模块框架
800：覆盖层
810：阻隔层
820、830：耐火层
900：排气部

Claims (17)

1.一种电池模块，所述电池模块包括：
电池电芯堆，在所述电池电芯堆中多个电池电芯沿一个方向堆叠；以及
模块框架，所述模块框架容纳所述电池电芯堆并且具有内表面和外表面，
其中，所述模块框架的一个表面上形成有穿透所述内表面和所述外表面的至少一个排气部，并且
包括阻隔层和耐火层的覆盖层定位在所述模块框架的形成有所述排气部的所述一个表面与所述电池电芯堆之间。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述排气部形成在所述模块框架的上表面上。
3.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述阻隔层定位在所述耐火层下方。
4.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述耐火层包括至少一个子排气部。
5.根据权利要求4所述的电池模块，其中，
所述阻隔层覆盖所述子排气部的孔。
6.根据权利要求4所述的电池模块，其中，
所述阻隔层包括从所述阻隔层的一个表面部分地突出的突出部，并且所述突出部插入所述子排气部中。
7.根据权利要求4所述的电池模块，其中，
所述排气部和所述子排气部的至少一部分在所述电池模块的长度方向上交叠。
8.根据权利要求4所述的电池模块，其中，
所述排气部和所述子排气部的至少一部分在所述电池模块的宽度方向上交叠。
9.根据权利要求4所述的电池模块，其中，
所述子排气部或所述排气部的孔与所述模块框架的所述一个表面形成锐角。
10.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述耐火层包括第一耐火层和第二耐火层，并且
所述第一耐火层比所述第二耐火层更靠近所述阻隔层定位。
11.根据权利要求10所述的电池模块，其中，
所述第一耐火层包括至少一个第一子排气部，并且
所述第二耐火层包括至少一个第二子排气部。
12.根据权利要求11所述的电池模块，其中，
所述第一子排气部和所述第二子排气部的至少一部分在所述电池模块的长度方向上交叠。
13.根据权利要求11所述的电池模块，其中，
所述第一子排气部和所述第二子排气部的至少一部分在所述电池模块的宽度方向上交叠。
14.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述阻隔层包括熔点为约300℃或更低的材料。
15.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述阻隔层包括选自无机碳酸盐、无机磷酸盐和无机硫酸盐构成的组中的至少一种灭火剂。
16.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述耐火层包括铝、SUS不锈钢或包覆金属。
17.一种电池组，所述电池组包括至少一个根据权利要求1所述的电池模块。
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